DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-026-03184-w
تاريخ النشر: 2026-01-16
المؤلف: Luigi Germinario وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم الآثار البحرية والساحلية
نظرة عامة
يتناول قسم ورقة البحث تأثيرات تحمض المحيطات، المدفوع بتغير المناخ، على التراث الثقافي تحت الماء، مع التركيز بشكل خاص على هشاشة المواد الحجرية التاريخية تجاه التغيرات في مستويات pH في المحيط. من خلال مزيج من التجارب الميدانية والمخبرية إلى جانب نمذجة المناخ، يقيم البحث بشكل كمي تدهور أسطح الحجر بسبب العمليات الطبيعية مثل ذوبان المعادن والتدهور البيولوجي. بينما كان تدهور الحجر التاريخي ضئيلاً حتى الآن، يتوقع المؤلفون أن تؤدي الزيادة في الانبعاثات البشرية إلى ارتفاع أسي في الهشاشة، مع تسريع العمليات التدهورية بشكل كبير في العقود والقرون القادمة.
تشير النتائج إلى أنه، دون تخفيضات كبيرة في انبعاثات غازات الدفيئة، قد يواجه التراث الحجري تحت الماء معدلات تدهور تصل إلى أربعة أضعاف المستويات الحالية بحلول نهاية هذا القرن، وربما أكثر تحت سيناريوهات الانبعاثات القصوى. يؤكد البحث على الحاجة الملحة لسياسات الحفظ والتكيف لحماية التراث الثقافي تحت الماء، الذي غالبًا ما يتم تجاهله بسبب عدم إمكانية الوصول إليه. كما يسلط الضوء على الآثار الأوسع على المجالات ذات الصلة مثل علم البيئة وعلم تشكيل الأرض، مما يشير إلى أن النتائج يمكن أن تُفيد استراتيجيات حماية البيئات البحرية الأخرى الهشة، بما في ذلك الشعاب المرجانية. بشكل عام، يدعو البحث إلى زيادة الوعي واستراتيجيات طويلة الأجل لحماية الإرث الثقافي المدفون في المواقع تحت الماء.
الطرق
في هذه الدراسة، تم اختيار أربعة مواد صخرية كربونية—رخام كاريارا، ترافرتين روماني، حجر إستريا (حجر جيري مضغوط)، وحجر فيتشينزا (حجر جيري مسامي)—لتمثيل القوام والخصائص المتنوعة ذات الصلة بالتراث الثقافي. شملت عملية توصيف هذه المواد عدة تقنيات تحليلية: تم استخدام المجهر الضوئي المستقطب للتصنيف البتروغرافي، بينما تم إجراء تحليل الفلورسنس بالأشعة السينية (XRF) باستخدام مطياف باناليتكال زتيوم لتحديد التركيب الجيوكيميائي الكلي، بما في ذلك تقدير سابق لفقدان الاحتراق (LOI). بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام طرق الوزن بالامتلاء والطفو لحساب المسامية المفتوحة، والكثافة الكلية، وكثافة المصفوفة.
تُعرض النتائج من هذه التحليلات في الشكل التوضيحي التكميلي 1، والذي يتضمن ملخصًا للنتائج إلى جانب السياق التاريخي لكل مادة. يتم توفير مجموعة البيانات الكاملة من تحليل XRF في البيانات التكميلية 3، مما يقدم مزيدًا من الرؤى حول الخصائص الجيوكيميائية للصخور الكربونية المختارة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على نتائج هامة تتعلق بتأثير تحمض مياه البحر على المواد الحجرية، خاصة في سياق التراث الثقافي تحت الماء. تكشف الدراسة أن أسطح الحجر تظهر زيادة في الخشونة وعدم الانتظام مع مرور الوقت، خاصة في البيئات ذات التحمض الشديد. تظهر المعلمات المورفومترية مثل الخشونة الجذرية المتوسطة (RMS) وارتفاع القمة القصوى تغييرات ملحوظة، مع زيادة الخشونة الجذرية المتوسطة بشكل كبير—حتى 178 ميكرومتر للحجر الجيري المسامي في ظروف شديدة الحموضة. تشير اتجاهات التدهور البيولوجي إلى تراجع في التنوع البيولوجي مع زيادة التحمض، مما يؤدي إلى تقليل الكائنات الحية المتراكمة الواقية، والتي تعتبر حيوية لتخفيف التغيرات القوامية.
علاوة على ذلك، تستخدم البحث نماذج تجريبية لتوقع اتجاهات التدهور للمواد الحجرية تحت سيناريوهات مستقبلية مختلفة لمستويات pH في المحيط، كما هو موضح من قبل الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC). في سيناريوهات الانبعاثات المنخفضة، من المتوقع أن تظل معدلات التآكل مستقرة نسبيًا، بينما تتنبأ سيناريوهات الانبعاثات العالية بزيادة دراماتيكية في معدلات التدهور—حتى ستة أضعاف المعدلات ما قبل الصناعية بحلول نهاية القرن. تؤكد النتائج على الحاجة الملحة لاستراتيجيات طويلة الأجل لحماية التراث الثقافي تحت الماء، مشددة على أهمية الوعي والتدابير الاستباقية لمعالجة التهديدات التي تطرحها تغيرات المناخ وتحمض المحيط. تعتبر الدراسة مرجعًا حاسمًا لفهم هشاشة المواد الكربونية والآثار الأوسع على النظم البيئية البحرية والحفاظ على الآثار.
DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-026-03184-w
Publication Date: 2026-01-16
Author(s): Luigi Germinario et al.
Primary Topic: Maritime and Coastal Archaeology
Overview
The research paper section discusses the impacts of ocean acidification, driven by climate change, on underwater cultural heritage, particularly focusing on the vulnerability of historical stone materials to changes in ocean pH levels. Through a combination of field and laboratory experiments alongside climate modeling, the study quantitatively assesses the deterioration of stone surfaces due to natural processes such as mineral dissolution and biodeterioration. While historical stone deterioration has been minimal until now, the authors project that increasing anthropogenic emissions could lead to an exponential rise in vulnerability, with irreversible decay processes potentially accelerating significantly in the coming decades and centuries.
The findings indicate that, without significant reductions in greenhouse gas emissions, underwater stone heritage could face deterioration rates up to four times faster than current levels by the end of this century, and potentially even more under extreme emission scenarios. The study emphasizes the urgent need for preservation and adaptation policies to protect underwater cultural heritage, which is often overlooked due to its inaccessibility. It also highlights the broader implications for related fields such as ecology and geomorphology, suggesting that the findings could inform strategies for protecting other vulnerable marine environments, including coral reefs. Overall, the research calls for increased awareness and long-term strategies to safeguard the cultural legacy embedded in underwater sites.
Methods
In this study, four carbonate rock materials—Carrara marble, Roman travertine, Istria stone (compact limestone), and Vicenza stone (porous limestone)—were selected to represent the diverse textures and properties relevant to cultural heritage. The characterization of these materials involved several analytical techniques: polarized-light microscopy was employed for petrographic classification, while X-ray fluorescence (XRF) analysis using a Panalytical Zetium spectrometer was conducted to determine the bulk geochemical composition, including a prior quantification of loss on ignition (LOI). Additionally, saturation and buoyancy weighing methods were utilized to calculate open porosity, bulk density, and matrix density.
The findings from these analyses are presented in Supplementary Figure 1, which includes a summary of the results alongside historical context for each material. The complete dataset from the XRF analysis is provided in Supplementary Data 3, offering further insights into the geochemical properties of the selected carbonate rocks.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights significant findings regarding the impact of seawater acidification on stone materials, particularly in the context of underwater cultural heritage. The study reveals that stone surfaces exhibit increased roughness and irregularity over time, particularly in environments with extreme acidification. Morphometric parameters such as root-mean-square (RMS) roughness and maximum peak height show pronounced changes, with RMS roughness increasing significantly—up to 178 μm for porous limestone in highly acidic conditions. Biodeterioration trends indicate a decline in biodiversity with increasing acidification, leading to a reduction in protective encrusting organisms, which are crucial for mitigating textural alterations.
Furthermore, the research employs experimental models to project decay trends for stone materials under varying future ocean pH scenarios, as outlined by the IPCC. In low-emission scenarios, erosion rates are expected to remain relatively stable, while high-emission scenarios predict a dramatic increase in deterioration rates—up to six times faster than pre-industrial rates by the century’s end. The findings underscore the urgent need for long-term strategies to protect underwater cultural heritage, emphasizing the importance of awareness and proactive measures to address the threats posed by climate change and ocean acidification. The study serves as a critical reference for understanding the vulnerability of carbonate materials and the broader implications for marine ecosystems and archaeological conservation.